Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2017-04-24T17:36:58Z No. of bitstreams: 1 2017_GustavoReinke.pdf: 8656820 bytes, checksum: 98fc7c5fa66be5bb0b7d8a071da172c8 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-04-24T20:45:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_GustavoReinke.pdf: 8656820 bytes, checksum: 98fc7c5fa66be5bb0b7d8a071da172c8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-24T20:45:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_GustavoReinke.pdf: 8656820 bytes, checksum: 98fc7c5fa66be5bb0b7d8a071da172c8 (MD5) / Foi avaliado neste trabalho o comportamento à fadiga dos cabos condutores “A” e “B”, fabricados com a mesma liga de alumínio 6201 e teoricamente submetidos ao mesmo tratamento térmico, ensaiados em bancada de ensaios de fadiga de cabos e submetidos a condições de carregamentos dinâmicos similares as observadas em linhas de transmissão reais. Nesse sentido foi desenvolvido um programa experimental para a geração das curvas de previsão de vida (S-N) dos cabos em diferentes amplitudes de deslocamento. A partir dos resultados obtidos constatou-se vidas em fadiga inferiores para o cabo condutor “A”, abaixo a curva de segurança proposta por CIGRÈ (CSBL), obtendo-se vidas bem menores – cerca de 3 vezes – quando comparadas com as do cabo condutor “B” e apresentando resultados muito dispersos. Com o objetivo de identificarem-se as possíveis causas das diferenças nos resultados dos ensaios de fadiga dos cabos, foram efetuadas análises detalhadas de falha nas superfícies de fraturas dos fios rompidos e caracterizações mecânicas e microestruturais destes fios. Além disso, foram efetuados alguns tratamentos térmicos com variações de temperatura de solubilização e tempo de envelhecimento em fios do cabo condutor “A”, visando avaliar a influência destes tratamentos na dureza Vickers dos fios. Com base nos resultados obtidos nessas analises, observou-se que as superfícies de fratura dos fios rompidos de ambos os cabos condutores apresentaram características condizentes com processo de falha por fadiga, com nucleação da trinca no ponto de restrição do movimento dos cabos. As amostras fraturadas apresentaram dimples equiaxiais, resultantes de fraturas dúcteis, na direção de maior carregamento. Devido à complexidade dos carregamentos não foi possível, baseando-se nas imagens fractográficas, estabelecer com precisão as causas do comportamento diferenciado dos fios em termos de vida em fadiga. Através das imagens topográficas obtidas por elétrons retroespalhados do Microscópio eletrônico de varredura, observou-se que as amostras do cabo “B” apresentavam precipitados de Al-Fe-Si menores e com distribuição mais homogênea dos que os precipitados encontrados nos fios do cabo “A”. Estas imagens são indicativas de que o tratamento térmico de solubilização realizado nos fios do cabo “A” não foi efetivo para que as partículas de Fe entrassem em solução sólida. Das análises das propriedades mecânicas, pode-se constatar que o fio do cabo “A” apresenta desempenho inferior em termos de dureza, resistência à tração, limite de escoamento e alongamento quando comparado com os fios do cabo “B”. Este desempenho tem forte correlação com possíveis diferenças nos tratamentos termomecânicos aplicados aos dois cabos condutores, tendo em vista a similaridade na composição química de ambos os fios. Nas medições de dureza dos fios do cabo “A” submetidos a tratamentos térmicos diferenciados, verificou-se que existe uma combinação temperatura de solubilização/tempo de envelhecimento onde ocorre um pico de dureza do fio do cabo “A”, com valor semelhante à dureza do fio do cabo “B”. Este aumento da dureza no fio do cabo “A” demonstra que as propriedades deste fio podem ser melhoradas com tratamentos térmicos adequados que resultem numa liga de alumínio com características microestruturais ideais, com precipitados finos, pequenos, espalhados e coerentes com a matriz. A vida em fadiga inferior do cabo condutor “A” em relação ao condutor “B” ocorreu devido a um tratamento térmico conduzido de forma ineficiente no cabo “A”. Com este tratamento, as partículas endurecedoras da liga – partículas β’’ – não se distribuíram de forma dispersa e homogênea na matriz de alumínio. Estas partículas formaram aglomerados heterogeneamente distribuídos e não contribuíram de forma efetiva no travamento das discordâncias e na manutenção das propriedades mecânicas estáticas e dinâmicas. / Fatigue tests of electric conductors “A” and “B” , manufactured with aluminum alloy 6201 and theoretically with similar heat treatment were carried out using fatigue test apparatus, with test conditions similar to those found at actual transmission lines. An experimental program was carried out aiming S-N curve generation with different displacement amplitude. From obtained results it was identified lower fatigue lives for “A” conductor, below the CIGRE Safe Border Line, with life approximately three times lower when compared to “B” conductor life. Aiming to identify possible sources of fatigue results dissimilarities, detailed failure analysis was performed at broken wire surfaces. Mechanical properties determination and microstrutural evaluation were carried out. Moreover, some heat treatment with variation of solubilization temperature and aging times were accomplished at wires of conductor “A”, aiming to evaluate the influence of heat treatment at wire Vickers hardness. Based on obtained results, fractured surface of broken wires from both conductors showed characteristics related to fatigue failure, with crack nucleation at cables restraining points. Fracture surfaces showed equiaxial dimples, caused by ductile fracture at highest load direction. Considering the loading complexity, it was not possible to determinate causes of different fatigue resistance behavior of wires of the evaluated conductors. Topographic images obtained with backscattered electrons of scanning electron microscope showed smaller precipitates of Al-Fe-Si in samples from conductor “B”, with more homogeneous distribution at aluminum matrix than those obtained at conductor “A” wires. These images are indicative that solubilization heat treatment at wire of conductor “A” was not effective to cause solid solution of Fe particles. From mechanical properties determination, it was clear that wires from conductor “A” had low performance in terms of hardness, tensile strength, yield strength, elongation when compared to wires from conductor “B”. This performance has strong correlation with possible differences on heat treatment applied to both conductors, bearing in mind the similar chemical composition of both conductors. Hardness measurements of wire from “A” conductor, heat treated at different conditions, demonstrated that there was a better combination solubilisation temperature/aging time where a hardness maximum is achieved by wire from “A” conductor, with similar value of hardness from wire “B”. This hardness increase of wire from conductor “A” shows that mechanical properties of this wire can be improved with adequate heat treatment, producing an aluminum alloy with ideal microstructural characteristics, with fine precipitates, small, scattered and coherent with matrix. The lower fatigue life of “A” conductor when compared with conductor “B” was associated to inadequate heat treatment of conductor A. With this heat treatment, hardener particles - β’’- were not distributed homogeneously at aluminum matrix. Those particles formed agglomerates heterogeneously distributed and therefore did not contributed effectively blocking dislocations and showed poor static and dynamic properties.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-10-17T18:05:22Z No. of bitstreams: 1 2017_ThiagoBarbosadeMiranda.pdf: 3222848 bytes, checksum: b1768afccba836859c987449bd139eb2 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-10-24T16:18:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_ThiagoBarbosadeMiranda.pdf: 3222848 bytes, checksum: b1768afccba836859c987449bd139eb2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-24T16:18:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_ThiagoBarbosadeMiranda.pdf: 3222848 bytes, checksum: b1768afccba836859c987449bd139eb2 (MD5) Previous issue date: 2017-10-24 / Nesse trabalho foi realizada uma comparação do auto amortecimento dos cabos condutores Tern, Orchid e CAL 900, tendo como parâmetro de avaliação a relação H/w. Para tal, foram geradas curvas de auto amortecimento, a partir do Método da Potência, para os três cabos em níveis de H/w de 1820 m, 2144 m e 2725 m, considerando três diferentes frequências de excitação e cinco amplitudes de deslocamento. Foi avaliado a influência da frequência e amplitude de vibração no auto amortecimento de cada cabo condutor, sendo observado um crescimento exponencial da potência dissipada com a variação desses parâmetros. Foi feita uma comparação entre as curvas de potência dissipada dos diferentes cabos, quando submetidos as mesmas condições de vibração e nível de H/w, o cabo condutor Tern obteve o maior auto amortecimento, o CAL 900 obteve valores intermediários e o Orchid teve os menores valores de potência em todos os ensaios. Finalmente, foi realizada uma correlação entre o auto amortecimento e vida em fadiga dos cabos condutores na linha de transmissão quando submetidos as mesmas condições dos ensaios experimentais, nesse estudo o cabo Orchid apresentou o melhor resultado para o caso analisado e o cabo CAL 900 teve um resultado inferior aos demais, apresentando uma estimativa de vida menor que os demais. / In this work, a comparison of the self-damping of the overhead conductors Tern, Orchid and CAL 900 was carried out, using the H/w ratio as an evaluation parameter. Therefore, the self-damping curves were generated using the Power Method for the three cables at H/w levels of 1820 m, 2144 m and 2725 m, and considering three different excitation frequencies at five different displacement amplitudes for each H/w level. The influence of the frequency and amplitude of vibration on the self-damping of each conductor was evaluated. One could observe an exponential growth of the power dissipated with the variation of these parameters. Additionally, a comparison between the power-dissipated curves of the different cables was made considering the same conditions of vibration and H/w level. The Tern conductor cable has a higher self-damping value meanwhile the CAL 900 presents an intermediate value and the Orchid has a lower values for all tests. Finally, a correlation between the self-damping and fatigue life of the cables in the transmission line when subject to the same conditions of the experimental tests were submitted. In this study Orchid cable presented a good result for the analyzed case and the cable CAL 900 has a bad result to the others, presenting a smaller life estimate than the others.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Programa de Pós-Graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-03-19T21:15:32Z No. of bitstreams: 1 2017_PauloCésardeSousaSantos.pdf: 4521013 bytes, checksum: 2455680b8204521ec01eeb56a1d4cf21 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-03-28T21:36:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_PauloCésardeSousaSantos.pdf: 4521013 bytes, checksum: 2455680b8204521ec01eeb56a1d4cf21 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-28T21:36:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_PauloCésardeSousaSantos.pdf: 4521013 bytes, checksum: 2455680b8204521ec01eeb56a1d4cf21 (MD5) Previous issue date: 2018-03-28 / Os cabos condutores estão sujeitos a carregamentos aleatórios devido à ação dos ventos, o que acelera o seu desgaste mecânico e o leva a romper por fadiga. O objetivo principal deste trabalho é avaliar o tempo adequado de monitoração de um cabo condutor de modo a garantir que a sua estimativa de vida tenha a máxima exatidão. As previsões foram feitas com informações obtidas de testes experimentais realizados no laboratório de cabos da Universidade de Brasília. Foram coletadas informações de sete ensaios diferentes, mas todos tendo como critério de falha a quebra do primeiro fio de alumínio, em particular, do cabo CAA 397,5MCM-IBIS. Realizou-se uma análise computacional utilizando o software Matlabsobreestesensaiosexperimentais,parasegerarnumericamentesinaisaleatóriosque representemaamplitudededeslocamentoparaserealizaraprediçãodevidaemfadigacom uma análise no domínio do tempo, utilizando-se os métodos Rainflow e Palmgren-Miner. Para a geração do sinal aleatório faz-se necessário a coleta de dados de entrada obtidos a partir dos resultados experimentais, são eles: o tempo de duração do sinal, a frequência dominante, a largura de banda e o valor RMS. Uma grande vantagem do estudo é a possibilidade de se diminuir a quantidade de dados gravados para se realizar a previsão de vida à fadiga / Overhead conductors are subjected to random loads due to the wind actions which accelerate their mechanical wear and there after cause fatigue. The main objective of this work is to evaluate the monitoring time of a conductor in order to guarantee that its life estimate has the maximum accuracy. The predictions were made using information obtained from experimental tests carried out in the cable laboratory at the University of Brasília. Data from seven different tests, made on an ACSR 397.5 MCM-IBIS were collected.The failure criteria considered was the first aluminum wire to break for all tests. A computational analysis was performed using the Matlab software and the experimental data to numerically generate random signals that represent the displacement amplitude to perform the fatiguelife prediction by mean of the time domain analysis, such as Rainflow and Palmgren-Miner methods.To generate the random signal, it is necessary to collect input data obtained from the experimental results: time of signal duration, dominant frequency,bandwidthandtheRMSvalue.Agreatadvantageofthisstudyisthepossibility of reducing the amount of data recorded to perform the life expectancy to the fatigue.

O presente trabalho pesquisa o fenômeno da transferência simultânea de calor e umidade em solos insaturados que envolvem dutos enterrados. Estes dutos e o solo envolvente compõem o chamado sistema trocador-armazenador de calor no solo, que é muitas vezes utilizado como fonte complementar de aquecimento em estufas solares agrícolas. O funcionamento do sistema trocador-armazenador de calor é baseado na energia armazenada no solo durante os horários de máxima insolação, sendo que durante a noite parte desta energia é recuperada. Durante o dia o ar quente do meio interno da estufa solar é bombeado para dentro do feixe de tubos enterrados, que devolvem o ar mais frio na outra extremidade. Por outro lado, durante a noite o ar mais frio do meio interno da estufa é bombeado para dentro dos dutos, os quais efetuam troca térmica com o solo envolvente, que neste horário possui a temperatura mais elevada do sistema. O objetivo geral deste trabalho é resolver o problema transiente periódico e tridimensional da transferência simultânea de calor e umidade em solos não-saturados, que compõem o sistema trocador-armazenador de calor, utilizando a simulação numérica. Como objetivos secundários têm-se: o melhoramento do sistema de troca térmica, a quantificação da parcela de calor transportado pela difusão da umidade no solo e a análise dos campos de temperatura e de conteúdo de umidade, sendo que a análise dos campos de umidade permite verificar se existe formação de frentes de secagem significativas na vizinhança dos dutos durante os sucessivos períodos de aquecimento e resfriamento a que o sistema é submetido. Na resolução do problema em questão é empregado o modelo clássico de Philip e De Vries para a transferência simultânea de calor e massa em meios porosos insaturados Neste modelo, as equações de conservação de energia e massa obtidas trazem explicitamente as influências combinadas dos gradientes de temperatura e de conteúdo de umidade nos processos de transporte de calor e umidade. O sistema de equações diferenciais governantes do problema em questão é resolvido numericamente utilizando o Método dos Volumes Finitos e na discretização destas equações é usada uma integração temporal totalmente implícita. Todas as propriedades difusivas e termofísicas empregadas são consideradas variáveis com a temperatura e o conteúdo de umidade. Os dutos de seção transversal circular do sistema trocadorarmazenador de calor no solo, são modelados como dutos de seção transversal quadrada de área equivalente para que coordenadas cartesianas possam ser utilizadas nos modelos analisados. Neste trabalho são simulados quatro modelos computacionais associados ao sistema trocador-armazenador de calor no solo. Estes modelos são compostos por: um duto isolado, um duto com convecção, dois dutos isolados e dois dutos com convecção. A variação da temperatura do ar na entrada do(s) escoamento(s), assim como a temperatura do meio ambiente, para os modelos com convecção, é dada por uma senóide com uma amplitude de 14 ºC. No modelo de um duto isolado, são realizadas simulações utilizando várias combinações dos parâmetros do modelo em questão e os resultados, assim obtidos, são comparados com aqueles encontrados na literatura Visando melhorar o sistema de troca térmica dos modelos computacionais investigados, são selecionados valores e intervalos de valores recomendados para os parâmetros do modelo de um duto isolado. Para este modelo, com um diâmetro de 0,1 m, são escolhidos valores (ou intervalos de valores) recomendados: de 4 m/s para a velocidade do escoamento interno dentro do duto, de 0,25 para o conteúdo de umidade do solo, de 5 até 20 metros para o comprimento do duto e de 0,20 até 0,30 m para a distância entre centros do dutos. As simulações dos quatro modelos computacionais realizadas utilizando as várias combinações dos valores recomendados para os parâmetros destes modelos, mostrou que não há diferença significativa entre os valores de calor volumétrico armazenado no solo empregando a resolução acoplada das equações de energia e de massa e a resolução da equação da temperatura. Mesmo para os modelos de um e de dois dutos com convecção a diferença percentual encontrada foi insignificante. Finalmente, são apresentados e analisados os campos de temperatura e de conteúdo de umidade para os quatro modelos computacionais avaliados. Os perfis de temperatura e de conteúdo de umidade em diferentes horários mostraram que, durante o dia, o solo absorve calor dos escoamentos internos de ar e, uma vez que, junto à superfície dos dutos tem-se regiões de maior temperatura, há, conseqüentemente, uma migração da umidade nestas regiões. Durante a noite, ocorre o contrário, o solo fornece calor aos escoamentos dentro dos dutos, e, desta forma, as regiões próximas aos dutos apresentam níveis de conteúdo de umidade superiores ao inicial. Ainda, os perfis de conteúdo de umidade para todas as situações analisadas mostraram que, não há formação de frentes de secagem significativas nas proximidades dos dutos que compõem os quatro modelos computacionais avaliados.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-09-01T18:07:46Z No. of bitstreams: 1 2016_EduardoLuisSouzadeAthaydeNunesFilho.pdf: 4945313 bytes, checksum: d0dc6d99f94f45f734fc3a411f93e4c0 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-10-03T22:20:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_EduardoLuisSouzadeAthaydeNunesFilho.pdf: 4945313 bytes, checksum: d0dc6d99f94f45f734fc3a411f93e4c0 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-03T22:20:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_EduardoLuisSouzadeAthaydeNunesFilho.pdf: 4945313 bytes, checksum: d0dc6d99f94f45f734fc3a411f93e4c0 (MD5) / Este trabalho apresenta uma análise das tensões e deformações observadas nos fios do cabo condutor de linhas de transmissão de energia elétrica, na vizinhança de grampos de suspensão. O estudo considera um cabo IBIS submetido a condições de pré carga (EDS), carga de aperto no grampo e carregamento vibratório tipicamente associado a forças do vento. As simulações numéricas adotaram condições de carregamento consideradas em análises experimentais. O problema se mostra complexo em diversos aspectos, incluindo: (i) deformações plásticas de grande amplitude, (ii) centenas de regiões de contato, mesmo em pequenos trechos do cabo, (iii) necessidade de refinamento elevado da malha em cada região de contato, que levam a desafios como a solução de problemas envolvendo milhões de equações não lineares e estratégias de simulação numérica que evitem simultaneamente o travamento e os modos espúrios de deformação. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work aims to present an analysis of stresses and strains observed on the threads of electric transmission line conductors, in the neighborhood of suspension clamps. The study focuses on the IBIS cable submitted to conditions of Every Day Stress (EDS), clamp load and bending loads associated to aeolian forces. The numerical simulations adopted loading conditions typically considered in experimental analyses. The problem exhibits many complex features, including: (i) large plastic strains, (ii) hundreds of contact regions, even in small portions of cable, (iii) the need of highly refined mesh in the neighborhood of each contact region, which lead to challenges as the solution of problems involving millions of nonlinear equations as well as strategies of numerical simulations which tackle simultaneously the locking and hourglass modes often present when isochoric strains are involved.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2015-11-25T15:01:39Z No. of bitstreams: 1 2015_TúlioAvelarGuimarães.pdf: 4903299 bytes, checksum: 3b2f645aa77f5285f5df38df1dab1655 (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-05-26T19:35:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_TúlioAvelarGuimarães.pdf: 4903299 bytes, checksum: 3b2f645aa77f5285f5df38df1dab1655 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-26T19:35:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_TúlioAvelarGuimarães.pdf: 4903299 bytes, checksum: 3b2f645aa77f5285f5df38df1dab1655 (MD5) / O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma bancada para a realização de ensaios de auto-amortecimento em cabos condutores de energia elétrica. Para isso, foi realizado um estudo sobre os conceitos utilizados nas metodologias para a obtenção da potência dissipada pelo condutor, buscando recomendações de entidades mundialmente atuantes em pesquisas envolvendo condutores e linhas de transmissão, dentre elas: CIGRE, IEEE e EPRI. Problemas para a realização dos ensaios foram levantados e soluções adotadas ou propostas. Foi verificado que a massa da parte vibrante do shaker eletromecânico era alta em relação à massa por unidade de comprimento do condutor. Para diminuir a influência do peso concentrado do excitador, que modifica a resposta em frequência do cabo, foi desenvolvido um projeto para uma conexão flexível entre o shaker e o condutor, apresentado também neste trabalho. Ensaios preliminares foram realizados para verificar a consistência da metodologia utilizada e aplicabilidade da bancada para a obtenção de resultados de auto-amortecimento de condutores. Foram utilizadas duas metodologias diferentes: O Método da Potência e o Método da Onda Estacionária. A análise dos dados destes testes mostrou uma boa proximidade entre os resultados das duas metodologias, além de vários fenômenos esperados, como o aumento da potência dissipada com o aumento da frequência de ensaio ou da amplitude de vibração. Os ensaios também revelaram oportunidades de melhoria na bancada e foram feitas propostas para implementação. Além disso, foram feitos testes para a verificação da influência da rigidez da conexão nos dados obtidos para o auto-amortecimento utilizando o Método da Potência. Estes testes revelaram um aumento nos valores de potência dissipada obtidos para configurações mais rígidas. / This work aims the development of a test bench to carry out self-damping measurements on conductors of electric energy. For this, a study was conducted on the concepts used in the methodologies for obtaining the power dissipated by the cable, searching recommendations of globally active institutions on research involving drivers and transmission lines, such as: CIGRE, IEEE and EPRI. Problems for the tests were raised and solutions were adopted or proposed. It was found that the mass of the vibrating part of the electromechanical shaker was high relative to the mass per unit length of the conductor. To reduce the influence of the weight concentrated on the driver, which modifies the frequency response of the cable, a flexible connection between the shaker and the conductor has been developed, also presented in this work. Preliminary tests were performed to verify the consistency of the used methodology and the applicability of the bench to obtain conductor self-damping results. Two different methodologies were used: The Power Method and the Inversed Standing Wave Method. The analysis of the data from these tests showed similar results for both methodologies, and various expected phenomena such as the increase of power dissipation with increasing of frequency or amplitude of vibration. The tests also showed improvement opportunities on the bench and were made proposals for implementation. In addition, tests were performed to verify the influence of connection rigidity on data obtained for the self-damping using the Power Method. These tests showed an increase in power dissipated values obtained for configurations that are more rigid.

Este trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento mecânico estático de diferentes cabos poliméricos reforçados por fibras em solicitações de tração e flexão através de ensaios experimentais, modelos analítico e numérico, inserindo as incertezas probabilísticas experimentais. Diferentes fios de compósitos pultrudados de seção circular foram ensaiados experimentalmente para se determinar seus respectivos coeficientes de atrito estático (COF), módulo de elasticidade (E1), coeficiente de Poisson (12) e máxima deformação axial na ruptura (). Cabos utilizando fibras de carbono e resina epóxi de arquitetura 1×7 foram ensaiados experimentalmente em tração e flexão 4 pontos, os resultados foram comparados com um modelo analítico bidimensional simplificado adaptado do modelo de Costello e com um modelo numérico tridimensional dedicado. Considerou-se as incertezas probabilísticas em ambos os modelos incorporando as variações experimentais das principais propriedades de entrada. O modelo numérico foi empregado para o estudo de cabos com construções híbridas (fios de diferentes compósitos). Como principais resultados para o cabo 1×7 CFRP, a carga de ruptura média em tração foi 190,25 kN, em flexão o cabo apresentou uma força média de 598,5 N para um deslocamento de 10 mm. O modelo numérico mostrou-se muito confiável, com uma diferença de -1,15% (181,1 kN) em relação aos resultados experimentais médios para tração, mas o modelo analítico simplificado apresentou diferenças acima de 10%. Para os ensaios em flexão o desempenho dos dois modelos foram similares, o numérico apresentou uma diferença de -3,11% (580,5 N) com relação ao experimental e o modelo analítico apresentou diferença acima de 10% (680,5 N). As análises estatísticas constataram não haver diferenças significativas entre os resultados do modelo numérico em relação ao experimental para ambas as solicitações analisadas. Por outro lado, há uma diferença estatística significativa entre os resultados experimentais e os gerados pelo modelo analítico. Concluiu-se também que todos as propriedades de entrada contribuem de maneira similar aos resultados dos dois modelos. Com o modelo numérico, comprovou-se a ocorrência de escorregamento entre os fios do cabo levando a uma perda da seção transversal circular e diminuição do momento de inércia. Encontrou-se o melhor compromisso entre maior flexibilidade em flexão sem comprometer a resistência à tração, para o cabo 1×7 com passo entre 90 e 150 mm, e que a variação do COF não afeta significativamente o desempenho do cabo em tração e flexão. Por fim, os demais resultados obtidos empregando este modelo indicam que os cabos de compósitos, mesmo em construções multicamadas, apresentam um real potencial de aplicação em diversos setores da engenharia. / The aim of this work is to evaluate the static mechanical behavior of different fiber reinforced polymer cables in tensile and flexural stresses through experimental, analytical and numerical models, inserting the experimental probabilistic uncertainties. Different wires of pultruded composites of circular section were tested experimentally to determine their respective coefficients of static friction (COF), modulus of elasticity (E1), Poisson coefficient (12) and maximum axial deformation at rupture (). Cables using carbon fibers and epoxy resin of 1 × 7 architecture were tested experimentally in traction and 4-point bending, the results were compared with a simplified two-dimensional analytical model adapted from the Costello model and also with a dedicated three-dimensional numerical model. Probabilistic uncertainties were considered in both models by incorporating the experimental variations of the main input properties. The numerical model was used for the study of cables with hybrid constructions (wires of different composites). As the main results for the 1 × 7 CFRP cable, the average tensile ultimate load was 190.25 kN, in flexion the cable had a mean force of 598.5 N for a displacement of 10 mm. The numerical model was very reliable, with a difference of -1.15% (181.1 kN) in relation to the average experimental results for traction, but the simplified analytical model presented differences above 10% For the bending test the performance of the two models was similar, the numerical one presented a difference of -3.11% (580.5 N) in relation to the experimental one and the analytical model showed difference above 10% (680.5 N) . Statistical analysis showed that there were no significant differences between the results of the numerical model in relation to the experimental one for both analyzed requests. On the other hand, there is a statistically significant difference between the experimental results and those generated by the analytical model. It was also concluded that all input properties contribute in a similar way to the results of the two models. With the numerical model, it was verified the occurrence of sliding between the cables of the cable leading to a loss of the circular cross section and decrease of the moment of inertia. The best compromise between greater bending flexibility without compromising tensile strength was found for the 1 × 7 cable with pitch length between 90 and 150 mm, and that the COF variation did not significantly affect the cable's performance in traction and bending. Finally, the other results obtained using this model indicate that composite cables, even in multilayer constructions, present a real potential of application in several engineering sectors.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2009. / Submitted by Jaqueline Ferreira de Souza (jaquefs.braz@gmail.com) on 2010-11-11T15:24:36Z No. of bitstreams: 1 2009_MarcosBrunoBellorio.pdf: 1800293 bytes, checksum: a7c6b5c97e0b0799f6fb4bcf15ae8fc8 (MD5) / Approved for entry into archive by Daniel Ribeiro(daniel@bce.unb.br) on 2010-11-19T23:13:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_MarcosBrunoBellorio.pdf: 1800293 bytes, checksum: a7c6b5c97e0b0799f6fb4bcf15ae8fc8 (MD5) / Made available in DSpace on 2010-11-19T23:13:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_MarcosBrunoBellorio.pdf: 1800293 bytes, checksum: a7c6b5c97e0b0799f6fb4bcf15ae8fc8 (MD5) / O presente trabalho tem como objetivo conduzir uma revisao critica sobre as diferentes metodologias existentes para o projeto e manutencao de linhas de transmissao de energia quanto a fadiga sob condicoes de fretting. Entre as metodologias estudadas, o metodo da Cigre para calculo da vida remanescente mostrou ser a mais consistente e util. Uma vez concluida a analise critica aplicou-se estas metodologias para um conjunto de dados medidos para um cabo da Eletronorte em uma linha de transmissao de 230 kV instalada na regiao Norte do Brasil no trecho de travessia Vila do Conde - Guama. Essa analise permite estimar a durabilidade do cabo e constituiu importante ferramenta de analise para o setor de manutencao de empresas da area. Atualmente ha uma forte demanda das empresas do setor de transmissao de energia eletrica para tentar elevar o nivel da carga de pre-esticamento do cabo condutor. Isso alem de reduzir custos amenizaria dificuldades operacionais associadas, por exemplo, a construcao de torres muito altas para a travessia de grandes rios Amazonicos. Nesse sentido, esse trabalho propos uma alternativa para o calculo da curva de resistencia a fadiga do cabo na presenca de maiores cargas de esticamento. Ate onde o autor tenha conhecimento, essa e uma proposta inedita no sentido que, na presenca de cargas de esticamento mais elevadas costuma-se corrigir apenas os valores da solicitacao dinamica do cabo por meio da correcao do fator de rigidez na formula de Poffenberger-Swart. Essa e a primeira tentativa de corrigir-se nao apenas a solicitacao, mas tambem a curva de resistencia a fadiga da montagem cabo/grampo de suspensao. Uma discussao sobre a necessidade dessa medida e construida em detalhes. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The aim of this work is to conduct a critical review of the different existing methodologies for the design and maintenance of overhead conductors under fretting fatigue. Among these methodologies, the Cigre method for remain life calculation has proved to be the most consistent and useful. Once the critical review was concluded those methodologies were applied using a set of data obtained from an Eletronorte overhead conductor installed in the North region of Brazil. This analysis allows one to estimate the durability of the overhead conductor which is a very important tool for the maintenance sector of transmission line companies. Nowadays there is a strong demand from the electrical transmission line companies to elevate the stretch factor (Every Day Stress - EDS) of the overhead conductor. This will reduce the costs and the operational difficulties associated to it, for instance, the construction of very high towers for the crossing of large Amazon rivers. In this context, this work proposed an alternative way to calculate the conductor fatigue curve for higher pre-loads. To the author’s knowledge, this is a proposal without precedent in the sense that in a presence of higher stretch loads it is common to correct only the values for dynamic loads by correcting the stiffness factor of Poffenberger-Swart formula. This is the first proposal to correct the stiffness factor and also the fatigue endurance limit curve for the conductor/clamp set. A discussion on the need for this measure is constructed in detail.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade Gama, Faculdade de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2014-01-20T11:45:20Z No. of bitstreams: 1 2013_RafaelFernandoMendonçadeAlencar.pdf: 3982372 bytes, checksum: 68fc6e9abf658bddd0e1ed72f7ca704c (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-03-07T13:32:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_RafaelFernandoMendonçadeAlencar.pdf: 3982372 bytes, checksum: 68fc6e9abf658bddd0e1ed72f7ca704c (MD5) / Made available in DSpace on 2014-03-07T13:32:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_RafaelFernandoMendonçadeAlencar.pdf: 3982372 bytes, checksum: 68fc6e9abf658bddd0e1ed72f7ca704c (MD5) / Este trabalho apresenta uma avaliação crítica sobre a ocorrência de falhas por fadiga dos cabos condutores de alumínio liga 6201, dispostos em feixe duplo vertical, instalados em uma linha de transmissão de 230Kv localizada no Centro-Oeste brasileiro. Neste sentido, inicialmente far-se-á uma revisão bibliográfica sobre o fenômeno de fadiga por fretting em cabos condutores de energia, apresentando-se também as metodologias de projeto contra fadiga em cabos e das técnicas de avaliação da severidade da vibração em cabos condutores. Após a revisão, conduz-se uma avaliação da severidade da vibração eólica e do risco contra fadiga das linhas de transmissão por meio da análise de dados obtidos em campo com vibrógrafos. A partir dos resultados obtidos, pode-se concluir que, dentre outros fatores, o condutor apesar de ser um cabo reconhecidamente com ótima resistência estática possui uma durabilidade contra fadiga muito baixa, que aliada a alta incidência de ventos e a presença de espaçadores rígidos contribuiu para a aparição das falhas prematuras por fadiga do condutor. Este resultado prova que as falhas não ocorreram por falha no projeto ou na construção da linha, mas sim, por uma combinação de fatores impossíveis de serem detectados antes da construção. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This paper presents a critical review on the occurrence of fatigue failures of 6201 alloy aluminum conductor’s, arranged in vertical double beam, installed in a 230Kv transmission line located in Central-Western Brazil. In this sense, initially will be done a literature review on the phenomenon of fatigue by fretting on cables power conductors, performing project methodologies against fatigue in cables and at the techniques of evaluation of vibration severity in wire. After reviewing an assessment, leads the severity of wind vibration and fatigue against risk of transmission lines through the analysis of data obtained in field with vibration recorders. From the results obtained, it can be concluded that, although the cable have a great static resistance it has a low durability against fatigue, which combined with high incidence of winds and the presence of rigid spacers contributed to the appearance of premature failures.

Este trabalho apresenta a implementação computacional do elemento finito de cabo deslizando sem atrito, em ambiente MATLAB®, com a finalidade de modelar os cabos de borda não-aderentes das estruturas de membrana. Este novo elemento foi incluído no programa de análise de estruturas retesadas SATS, já previamente desenvolvido. Esta ferramenta é capaz de gerar resultados em deslocamentos, tensões e deformações em estruturas retesadas. São apresentadas as formulações utilizadas para a análise de estruturas de membrana, como a formulação do Método de Newton-Raphson para a resolução de equações não-lineares, as formulações do Elemento Finito de Treliça e do Elemento Finito de Cabo Ideal. É proposta, neste trabalho, a generalização da formulação do elemento de cabo de três nós para o super-elemento de cabo ideal de n nós. São desenvolvidas verificações da eficiência dos elementos finitos de cabo, por meio de exemplos simples de aplicação, nos quais são comparados os resultados obtidos com soluções analíticas. Por fim, é estudado o desempenho dos elementos de cabo, associados a elementos de membrana, por meio da análise da estrutura de cobertura do Memorial dos Povos de Belém do Pará. São comparados os resultados obtidos a partir da implementação das duas formulações apresentadas para os cabos, avaliando a influência da discretização e as diferenças em relação aos resultados obtidos em análises tradicionais usando elementos de treliça. Demonstra-se que a consideração do escorregamento nos cabos de borda é importante para a correta representação das tensões e deslocamentos em estruturas retesadas. / This work presents the implementation of a cable finite element, developed in MATLAB® environment, with the aim of modeling the cables at the boundary of membrane structures. It was added to a software named SATS (System for the Analysis of Taut Structures), which is able to give accurate results on displacements, stress and strains. This work also presents formulations used for the analysis of membrane structures, such as, the Newton-Raphson Method for solving non-linear equations, the Truss Finite Element and the Cable Finite Element. A generalization of the formulation from the three node cable element to an n-node cable super-element is proposed. The efficiency of the cable finite element has been verified by applying simple examples, comparing numerical results to analytical solutions. Finally, it has been studied the performance of these cable elements, along with the membrane finite elements, through the analysis of the membrane roof of the amphitheater of the Memorial dos Povos de Belém do Pará. The results from the implementation of both cable formulations and the traditional analysis using truss elements were compared. It has been shown that the consideration of the cable sliding is important for the accurate stress and displacements analysis.